FR3051958A1 - Procede et dispositif pour estimer un signal dereverbere - Google Patents
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Abstract
Procédé pour estimer une phase instantanée de signal acoustique déréverbéré, dans lequel : (a) on mesure un signal acoustique réverbéré par une propagation dans un milieu, (b) on estime une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de la fréquence instantanée, (c) on calcule une fréquence instantanée de signal déréverbéré à partir de la fréquence instantanée lissée du signal réverbéré, du taux de variation de ladite fréquence et d'un facteur d'influence du milieu fonction d'un temps de réverbération dudit milieu, (d) on détermine une phase instantanée de signal déréverbéré en intégrant la fréquence instantanée de signal déréverbéré au cours du temps.
Description
Procédé et dispositif pour estimer un signal déréverbéré.
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention est relative aux procédés et dispositifs pour estimer la phase instantanée d'un signal acoustique déréverbéré et pour estimer un signal déréverbéré.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Lorsqu'un signal acoustique originel est émis dans un milieu réverbérant puis capté par un microphone, le microphone capte un signal réverbéré dépendant du milieu réverbérant.
Dans la suite, on entend par « signal acoustique anéchoïque » le signal acoustique originel non réverbéré par un milieu. Un signal acoustique anéchoïque peut parfois être directement enregistré par un microphone, par exemple lorsque le signal acoustique originel est émis dans une chambre anéchoïque.
Toutefois, dans des conditions courantes d'enregistrement un microphone enregistre un signal acoustique réverbéré qui est un signal constitué du signal acoustique originel reçu directement, mais également des réflexions du signal acoustique originel sur les éléments réverbérant du milieu, par exemple les murs d'une salle.
Une forte réverbération acoustique du milieu peut être particulièrement gênante puisqu'elle dégrade la qualité du son enregistré et réduit l'intelligibilité de la parole et sa reconnaissance par des machines.
Pour résoudre ce problème, on connaît des procédés et dispositifs qui permettent de reconstruire l'amplitude d'un signal déréverbéré à partir d'un signal acoustique réverbéré par un milieu.
Dans la présente demande, on entend par « signal déréverbéré » une estimation du signal acoustique originel, ou signal anéchoïque, obtenue par traitement analogique ou digital d'un signal acoustique réverbéré enregistré par un microphone. A titre d'exemple, le document US2016035367 décrit un procédé de déreverbération qui permet de reconstruire un signal déréverbéré à partir d'un signal acoustique réverbéré par un milieu en calculant l'amplitude du signal déréverbéré dans plusieurs bandes de fréquences.
Il existe un besoin pour améliorer encore les performances de tels procédés en estimant de manière plus précise les caractéristiques du signal déréverbéré à partir d'un signal acoustique réverbéré enregistré par un microphone.
La présente invention vient ainsi améliorer cette situation.
OBJETS ET RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour premier objet un procédé pour estimer une phase instantanée de signal acoustique déréverbéré, le procédé comprenant les étapes suivantes : (a) on mesure un signal acoustique réverbéré par une propagation dans un milieu, (b) on estime au moins une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré, (c) on calcule au moins une fréquence instantanée de signal déréverbéré à partir de ladite fréquence instantanée lissée du signal acoustique réverbéré, du taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré et d'un facteur d'influence du milieu, ledit facture d'influence étant fonction d'un temps de réverbération dudit milieu, (d) on détermine au moins une phase instantanée de signal déréverbéré en intégrant la fréquence instantanée de signal déréverbéré au cours du temps.
Grâce à ces dispositions, on peut obtenir une estimation de la phase du signal déréverbéré proche de la phase du signal anéchoïque. Cette phase du signal déréverbéré peut être utilisée dans des procédés aval, en particulier en remplacement de la phase du signal réverbéré, pour fournir des résultats de meilleurs qualité, par exemple pour fournir un signal vocal déréverbéré plus intelligible ou encore pour permettre une localisation d'une source sonore plus précise que les procédé de l'état de l'art.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : pour calculer ladite au moins une fréquence instantanée de signal déréverbéré, on détermine un facteur de correction en multipliant le taux de variation au cours du temps de la fréquence instantanée lissée du signal réverbéré par le facteur d'influence du milieu, en particulier on additionne ledit facteur de correction avec ladite fréquence instantanée lissée du signal acoustique réverbéré ; - le facteur d'influence du milieu est donné par :
où δ et Tfi sont respectivement un facteur d'amortissement et une durée d'une décroissance exponentiellede la réponse impulsionnelle du milieu ;
on estime le facteur d'amortissement δ et la durée de la réponse impulsionnelle Tfi à partir d'un temps de réverbération mesuré dans le milieu, notamment un temps de réverbération RTôq, par exemple en calculant
r - pour chaque bande fréquentielle k d'une pluralité de N bandes fréquentielles, on estime une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré dans ladite bande fréquentielle k ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré, on calcule une fréquence instantanée de signal déréverbéré dans ladite bande fréquentielle k à partir de ladite fréquence instantanée du signal acoustique réverbéré, du taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré et du facteur d'influence du milieu, et on détermine une phase instantanée de signal déréverbéré dans ladite bande fréquentielle k en intégrant la fréquence instantanée de signal déréverbéré dans la bande fréquentielle k au cours du temps ; - pour estimer une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré pour chaque bande fréquentielle k de la pluralité de N bandes fréquentielles, on calcule une transformée de Fourier locale discrète du signal acoustique réverbéré en utilisant des fonctions fenêtres w(n) avec n entre 0 et N-1, et pour déterminer la phase instantanée de signal déréverbéré dans chaque bande fréquentielle k de ladite pluralité de N bandes fréquentielles, on intègre la fréquence instantanée de signal déréverbéré au cours du temps en ajoutant un terme de correction fonction des fonctions fenêtres w(n) ; pour estimer une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré pour chaque bande fréquentielle k de la pluralité de N bandes fréquentielles, on applique un algorithme de vocodeur réassigné utilisant une transformée de Fourier locale discrète du signal acoustique réverbéré puis on applique un filtre de lissage temporelle; - au cours d'une étape de calibration, on mesure un signal acoustique de référence réverbéré par une propagation dans le milieu et on détermine le facteur d'influence du milieu à partir dudit signal acoustique de référence, en particulier on détermine un temps de réverbération dudit milieu. L'invention a également pour objet un procédé pour reconstruire un signal déréverbéré dans lequel, on mesure un signal acoustique réverbéré par une propagation dans un milieu, on détermine un spectre d'amplitude de signal déréverbéré pour une pluralité de N bandes fréquentielles à partir du signal acoustique réverbéré, on estime une phase instantanée de signal déréverbéré pour chaque bande fréquentielle k de ladite pluralité de N bandes fréquentielles au moyen d'un procédé tel que décrit ci-avant, et on reconstruit un signal déréverbéré à partir dudit spectre d'amplitude de signal déréverbéré et desdites phases instantanées de signal déréverbéré. L'invention a enfin pour objet un dispositif pour estimer une phase instantanée de signal acoustique déréverbéré, comprenant : (a) des moyens de mesure pour capter au moins un signal acoustique réverbéré par une propagation dans un milieu, (b) des moyens pour estimer au moins une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré, (c) des moyens pour calculer au moins une fréquence instantanée de signal déréverbéré à partir de ladite fréquence instantanée lissée du signal acoustique réverbéré, du taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré et d'un facteur d'influence du milieu, ledit facture d'influence étant fonction d'un temps de réverbération dudit milieu, (d) des moyens pour déterminer au moins une phase instantanée de signal déréverbéré en intégrant la fréquence instantanée lissée de signal déréverbéré au cours du temps. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
Sur les dessins : la figure 1 est une vue schématique illustrant la réverbération du son dans une pièce lorsqu'un sujet parle de façon que ses paroles soient captées par un dispositif selon une forme de réalisation de l'invention, la figure 2 est un schéma de principe du dispositif de la figure 1, et - la figure 3 est un organigramme d'un procédé de reconstruction de signal déréverbéré selon un mode de réalisation de l'invention, mettant en particulier en œuvre un procédé d'estimation d'une phase instantanée de signal déréverbéré selon une forme de réalisation de l'invention. DESCRIPTION PLUS DETAILLEE Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. L'invention a pour but d'estimer une phase instantanée de signal acoustique déréverbéré à partir d'une mesure d'un signal acoustique réverbéré par une propagation dans un milieu 7, par exemple une pièce dans un bâtiment telle que schématisée sur la figure 1. L'invention permet ainsi de traiter les signaux acoustiques captés par un dispositif électronique 1 pourvu d'un microphone 2. Le dispositif électronique 1 peut être par exemple un téléphone dans l'exemple représenté, ou un ordinateur ou autre.
Lorsqu'un son est émis dans le milieu 7, par exemple par une personne 3, ce son se propage jusqu'au microphone 2 selon divers trajets 4, soit directs, soit après réflexion sur une ou plusieurs parois 5, 6 du milieu 7.
Comme représenté sur la figure 2, le dispositif électronique 1 peut comporter par exemple une unité centrale électronique 8 telle qu'un processeur ou autre, reliée au microphone 2 et à divers autre éléments, incluant par exemple un haut-parleur 9, un clavier 10, un écran 11. L'unité centrale électronique 8 peut communiquer avec un réseau externe 12, par exemple un réseau téléphonique. L'invention permet au dispositif électronique 1 d'estimer une phase instantanée de signal acoustique déréverbéré.
Dans une première application de grand intérêt, la phase instantanée de signal déréverbéré peut être utilisée pour reconstruire un signal déréverbéré à partir d'un signal acoustique réverbéré.
Pour cela, on mesure tout d'abord un signal acoustique réverbéré par une propagation dans le milieu.
Puis, on détermine un spectre d'amplitude de signal déréverbéré pour une pluralité de N bandes fréquentielles à partir du signal acoustique réverbéré.
De nombreux procédés permettant de déterminer un spectre d'amplitude de signal déréverbéré à partir d'un signal acoustique réverbéré sont connus de l'art antérieur.
Ces procédés consistent par exemple à estimer un spectre de réverbération à partir du signal acoustique réverbéré puis à soustraire ledit spectre de réverbération du signal acoustique réverbéré.
On connaît ainsi des procédés de détermination d'un spectre d'amplitude de signal déréverbéré utilisant : - la prédiction à long-terme tel que décrit dans l'article "Suppression of late réverbération effect on speech signal using long-term multiple-step linear prédiction" de K. Kinoshita, M. Delcroix, T. Nakatani, et M. Miyoshi paru dans IEEE Transactions on Audio, Speech, and Language Processing, vol. 17, no. 4, pp. 534-545, Mai 2009, une modélisation stochastique de la réponse impulsionelle du milieu tel que décrit dans "A new method based on spectral subtraction for speech dereverberation" de K. Lebart et J.M. Boucher, paru dans ACUSTICA, vol. 87, no. 3, PP. 359-366, 2001, ou encore - des réseaux de neurones profonds tel que décrit dans "Speech dereverberation for enhancement and récognition using dynamic features constrained deep neural networks and feature adaptation" de X. Xiao, S. Zhao, D.H. Ha Nguyen, X. Zhong, D.L. Jones, E.S. Chang, et H. Li, paru dans EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, vol. 2016, no. 1, pp. 1-18, 2016.
Dans ces procédés de l'art antérieur, on reconstitue ensuite un signal déréverbéré à partir du spectre d'amplitude de signal déréverbéré obtenu et de la phase du signal réverbéré.
Il existe toutefois un besoin pour améliorer encore la qualité et l'intelligibilité du signal déréverbéré obtenu par ce procédé. A cette fin, selon l'invention, on détermine par ailleurs, à partir du signal acoustique réverbéré une phase instantanée de signal déréverbéré pour chaque bande fréquentielle k de la pluralité de N bandes fréquentielles au moyen d'un procédé tel que décrit ci-aprés.
Puis, on reconstruit un signal déréverbéré à partir du spectre d'amplitude de signal déréverbéré et de la phase estimée à l'aide de la méthode selon l'invention.
On obtient de cette manière un signal déréverbéré reconstruit de qualité nettement supérieure.
La phase instantanée de signal déréverbéré déterminée par le procédé selon l'invention peut également avoir d'autres utilisations que la reconstruction du signal déréverbéré et peut par exemple être utilisée pour améliorer la qualité et la précision d'un algorithme de localisation de source sonore tel que connu par ailleurs dans la littérature.
Il est connu que le milieu réverbérant peut être modélisé par un modèle stochastique en définissant une réponse impulsionnelle /i(t) de la forme :
(1) dans laquelle b(t) ~ est un bruit blanc avec une distribution gaussienne centrée de variance
et
est une décroissance exponentielle de la réponse impulsionnelle du milieu où δ et Tji sont respectivement un facteur d'amortissement et une durée de la réponse impulsionnelle du milieu.
Un tel modèle stochastique est par exemple exposé dans la thèse de J.D. Polack, « La transmission de l'énergie sonore dans les salles », soutenue à l'Université du Maine en 1988.
Le facteur d'amortissement δ et la durée de la réponse impulsionnelle Tji peuvent être déterminés à partir d'un temps de réverbération mesuré dans le milieu.
Un temps de réverbération couramment utilisé est le temps de réverbération à 6 0dB dénoté RTeo- Le temps de réverbération à 60dB correspond au temps requis pour que la courbe de décroissance d'énergie (Energy Decay Curve) EDC diminue de 60 dB.
Le temps de réverbération à 60dB peut par exemple être défini par la méthode d'intégration inverse de Manfred R. Schroeder (New Method of Measuring Réverbération Time, The Journal of the Acoustical Society of Ameri.ca, 37(3) :409, 1965) par la courbe de décroissance d'énergie (Energy Decay
Curve)
où h est la réponse impulsionnelle d'un milieu de longueur Nfi et n est un indice temporel, par exemple un nombre d'échantillons obtenus par un échantillonnage de pas temporel constant, n étant compris entre 1 et Nh. RTgo est alors le temps à l'indice temporel n requis pour que EDC(n) diminue de 60 dB.
Des valeurs typiques du temps de réverbération RTeo sont par exemple des valeurs entre 0.4 s et 2 s.
Bien que le temps de réverbération RTeo soit le plus couramment utilisé, on peut également utiliser un autre temps de réverbération caractéristique du milieu 7.
On peut ensuite calculer le facteur d'amortissement du milieu δ à partir du temps de réverbération RTeo par la formule
La durée de la réponse impulsionnelle Tfi peut également être définie à partir du temps de temps de réverbération comme Γ/ι = I.SRT^q .
Toutefois, le facteur d'amortissement du milieu δ et la durée de la réponse impulsionnelle peuvent également être calculés par d'autres méthodes connues de l'art antérieur. A partir du modèle statistique donné par l'équation (1), le signal acoustique réverbéré peut être relié au signal acoustique anéchoïque par l'équation de convolution :
(2) où y(t) est le signal acoustique réverbéré et s(t) est le signal acoustique anéchoïque.
La phase instantanée du signal réverbéré peut par ailleurs être exprimée en fonction de la transformée de Hilbert du signal réverbéré comme :
(3) où Çrevif) est la phase instantanée du signal réverbéré et ÿ(t) est la transformée de Hilbert du signal réverbéré.
Sachant que l'on peut relier la fréquence instantanée du signal réverbéré à la phase instantanée du signal réverbéré par l'expression :
(4)
Il est alors possible d'exprimer la fréquence instantanée du signal anéchoïque en fonction de l'espérance mathématique de la fréquence instantanée du signal réverbéré à partir des équations (1) à (4) comme :
(5) où fit) est la fréquence instantanée du signal anéchoïque estimée à l'instant t, E[/rei;(0] est l'espérance mathématique de la fréquence instantanée du signal réverbéré à l'instant t et / est le taux de variation au cours du temps de la fréquence instantanée du signal réverbéré. L'espérance mathématique de la fréquence instantanée du signal réverbéré à l'instant t ne peut pas être mesurée mais peut être approximée par un lissage temporelle de la fréquence instantanée du signal réverbéré mesurée.
On peut ainsi estimer une fréquence instantanée d'un signal déréverbéré en fonction d'une fréquence instantanée du signal réverbéré à partir des équations (1) à (5) comme :
(6) où fit) est la fréquence instantanée du signal déréverbéré estimée à l'instant t,
est une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré à l'instant t et / est le taux de variation au cours du temps de la fréquence instantanée lissée du signal réverbéré. L'équation (6) permet d'estimer une fréquence instantanée du signal déréverbéré en fonction de la fréquence instantanée lissée du signal réverbéré, du taux de variation au cours du temps de la fréquence instantanée et d'un facteur d'influence du milieu m est donné par
(7)
On peut ainsi réécrire l'équation (6) comme :
(8)
Une phase instantanée du signal déréverbéré φ{ΐ) peut par la suite être déterminée par intégration temporelle comme :
(9) où ^(0) est une phase originelle du signal déréverbéré.
La fréquence et la phase du signal déréverbéré estimées au moyen des équations (6) à (9) sont donc des estimations de la fréquence et de la phase du signal acoustique originel, ou signal anéchoïque.
Les tests réalisés par les inventeurs indiquent que ces estimations sont particulièrement bonnes puisqu'elles conduisent à un signal déréverbéré de qualité nettement supérieure à l'état de l'art.
Un procédé pour estimer une phase instantanée de signal acoustique déréverbéré selon l'invention comporte ainsi les étapes suivantes : (a) une étape de mesure, au cours de laquelle on mesure le signal acoustique réverbéré par une propagation dans un milieu, (b) une étape d'estimation au cours de laquelle on estime au moins une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré, (c) une étape de calcul au cours de laquelle on calcule au moins une fréquence instantanée de signal déréverbéré à partir de ladite fréquence instantanée lissée du signal acoustique réverbéré, du taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré et d'un facteur d'influence du milieu, ledit facteur d'influence étant fonction d'un temps de réverbération dudit milieu, (d) une étape de détermination au cours de laquelle on détermine au moins une phase instantanée de signal déréverbéré en intégrant la fréquence instantanée de signal déréverbéré au cours du temps. (a) Etape de mesure :
Au cours de cette étape, le microphone 2 capte un signal acoustique réverbéré par une propagation dans le milieu 7, par exemple lorsque le locuteur 3 parle. Ce signal est échantillonné et stocké dans le processeur 8 ou une mémoire annexe (non représentée).
Comme indiqué ci-avant, le signal capté y(t) est une convolution du signal anéchoïque s(t) émis (parole) avec la réponse impulsionnelle /l(t) du milieu entre le locuteur 3 et le microphone 2, (b) Etape d'estimation:
Au cours de cette étape, on estime au moins une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré à partir du signal acoustique réverbéré mesuré à l'étape (a).
Dans un mode de réalisation de l'invention, on peut déterminer la fréquence instantanée lissée du signal réverbéré en mesurant tout d'abord la fréquence instantanée du signal réverbéré puis en lissant ladite fréquence instantanée par exemple par un lissage temporel au moyen d'un filtre de Savitzky-Golay.
La fréquence instantanée du signal réverbéré peut être déterminée, de manière générale, par une transformation de Fourier du signal.
Dans une variante de réalisation, pour chaque bande fréquentielle k d'une pluralité de N bandes fréquentielles, on peut estimer une fréquence instantanée du signal réverbéré dans ladite bande fréquentielle k ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée du signal réverbéré.
Pour cela, on peut par exemple appliquer un algorithme de vocodeur réassigné utilisant une transformée de Fourier locale discrète du signal acoustique réverbéré.
Un tel algorithme de vocodeur réassigné est par exemple décrit dans le document "Estimation of frequency for AM/FM models using the phase vocoder framework" de M. Betser, P. Collen, G. Richard, et B. David, paru dans IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 56, no. 2, pp. 505-517, Feb 2008.
Pour mettre en œuvre un tel algorithme, on peut en particulier calculer une transformée de Fourier locale discrète du signal acoustique réverbéré en utilisant des fonctions fenêtres w(n) avec n entre 0 et N-1.
Une telle transformée de Fourier locale discrète du signal acoustique réverbéré peut être mise en œuvre avec des fonctions fenêtres w(n) de taille N et des trames temporelles séparées par des sauts de R échantillons de signal.
Le signal acoustique réverbéré étant échantillonné avec une fréquence fs, par exemple 16 kHz, on obtient ainsi N fréquences discrètes
et Nj^ trames temporelles. N vaut par exemple 256, 512 ou 1024. R vaut par exemple la moitié ou le quart de N. L'estimation de la, ou des, fréquence(s) instantanée(s) du signal réverbéré peut typiquement être fait sur un nombre Nj^ de trames, par exemple une centaine de trames, correspondant à au moins quelques secondes de signal selon les paramètres d'analyse choisis. Les trames peuvent avoir une durée individuelle de 10 à 100 ms, notamment de l'ordre de 32 ms. Les trames peuvent se recouvrir mutuellement, par exemple avec un taux de recouvrement de l'ordre de 50 % entre trames successives.
Une fois les fréquences instantanées du signal réverbéré estimées, on peut alors les lisser par un algorithme de lissage temporel comme indiqué ci-dessus pour obtenir les fréquences instantanées lissées du signal réverbéré . (c) Etape de calcul :
Au cours de cette étape, on calcule l'équation (8) ci-dessus
pour estimer une fréquence instantanée du signal déréverbéré.
Dans la variante de réalisation dans laquelle on a estimé une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré pour chaque bande fréquentielle k d'une pluralité de N bandes fréquentielles, on peut alors plus précisément calculer une fréquence instantanée de signal déréverbéré F (m, k) dans chaque bande fréquentielle k et pour chaque trame temporelle m.
Plus précisément, on calcule alors la fréquence instantanée de signal déréverbéré F(rn,k) à partir de la fréquence instantanée lissée du signal acoustique réverbéré de ladite bande fréquentielle k, du taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré et du facteur d'influence du milieu R(t).
Ce calcul utilise également l'équation (8) qui est appliquée de manière indépendante à chaque bande fréquentielle k, c'est-à-dire en remplaçant m par F (m, k).
Pour estimer la fréquence instantanée du signal déréverbéré m ou F(m,k), on détermine tout d'abord un facteur de correction fR(f) en multipliant le taux de variation au cours du temps f de la fréquence instantanée lissée du signal réverbéré par le facteur d'influence du milieu /?(t) = 1/(25) + min(t,7)i)/(l - exp(25min(t, 7)i))).
Puis, on additionne le facteur de correction fR(t) avec la fréquence instantanée lissée du signal acoustique réverbéré selon l'équation (8).
Le facteur d'influence du milieu m peut être déterminé préalablement dans une étape de calibration préliminaire .
Au cours de cette étape de calibration préliminaire, on mesure un signal acoustique de référence réverbéré par une propagation dans le milieu et on détermine le facteur d'influence du milieu à partir dudit signal acoustique de référence.
Pour cela on peut par exemple déterminer un temps de réverbération dudit milieu par des méthodes connues par ailleurs, par exemple le temps de réverbération RTeo tel que décrit ci-avant, et en déduire le facteur d'amortissement δ et la durée de la réponse impulsionnelle Th-
Le signal acoustique de référence peut être un signal acoustique réverbéré par le milieu à partir d'un signal originel connu du dispositif.
Toutefois, la détermination du facteur d'influence du milieu peut également être réalisée « à l'aveugle », c'est-à-dire à partir d'un signal réverbéré enregistré suite à un signal originel arbitraire.
Avantageusement, on peut utiliser une pluralité de signaux acoustiques de référence qui correspondent à une pluralité respective de cas de figures différents (locuteurs différents, positions différentes, milieux 7 différents). Le nombre de signaux acoustiques de référence peut être de plusieurs centaines, voire plusieurs milliers.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le signal acoustique de référence peut être constitué par le signal acoustique réverbéré utilisé par le procédé selon l'invention, de sorte que la détermination du facteur d'influence du milieu est alors réalisée directement lors de la mise en œuvre du procédé d'estimation de la phase instantanée et sans nécessiter d'étape de calibration préliminaire.
La détermination du facteur d'influence du milieu peut également être réalisée de façon répétitive, de façon que le dispositif 1 s'adapte par exemple à des changements de locuteurs 3, à des déplacements de locuteurs 3, à des déplacements du dispositif 1 ou d'autres objets dans le milieu 7. (d) Etape de détermination :
Enfin, au cours de cette étape on détermine la phase instantanée du signal déréverbéré <p(0 par une intégration temporelle de la fréquence instantanée déréverbéré comme indiqué dans l'équation (9).
Cette intégration temporelle peut être réalisée à partir d'une phase originel du signal déréverbéré <p(o).
Dans la plupart des cas, le signal déréverbéré peut-être supposé avoir une phase égale à la phase du signal réverbéré à l'origine, de sorte que l'on peut par exemple prendre φ(0) = Çrep(O). Ceci s'applique en particulier dans le cas dans lequel le signal enregistré est précédé par un silence, de sorte que la réverbération est nulle à 1'origine.
Ici également, en variante, on peut déterminer une phase instantanée de signal déréverbéré (p(jn,k) dans chaque bande f réquentielle k de la pluralité de N bandes fréquentielles et pour chaque trame temporelle m en intégrant la fréquence instantanée de signal déréverbéré de ladite bande fréquentielle k au cours du temps, c'est-à-dire en la sommant sur les trames temporelles m.
Lorsque, pour estimer une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré pour chaque bande fréquentielle k de la pluralité de N bandes fréquentielles, on a calculé une transformée de Fourier locale discrète du signal acoustique réverbéré en utilisant des fonctions fenêtres w(n) avec n entre 0 et N-1, il est nécessaire de tenir compte desdites fonctions fenêtres w(n) pour le calcul de la phase instantanée du signal anéchoïque φ(ί).
On a ainsi:
où
est la phase de Hilbert telle que définie par l'équation (3) pour la trame temporelle d'indice m, Φ(rn,k} est la phase du signal anécoïque et mn est un facteur de correction lié aux fonctions fenêtres w(n) qui peut par exemple s'écrire :
L'intégration temporelle des fréquences instantanées déterminées pour le signal déréverbéré peut alors s'écrire comme une somme sur les trames temporelles :
où F(m,k) est la fréquence instantanée de signal déréverbéré pour la bande fréquentielle k et pour la trame temporelle m et Γ* dénote le complexe conjugué du facteur de correction Γ lié aux fonctions fenêtres w(n).
De manière analogue au cas, détaillé ci-avant, dans lequel une seule fréquence instantanée lissée est déterminée, on peut par exemple initialiser Φ(0,k) pour chaque bande fréquent ielle k avec la valeur Φrev(0'^)ί c'est-à-dire considérer la réverbération nulle à l'origine.
Les tests effectués montrent que l'utilisation de la phase estimée du signal déréverbéré dans les algorithmes de reconstruction de signal déréverbéré et de localisation de sources, au lieu de la phase du signal réverbéré qui est traditionnellement utilisée, offre une qualité et une intelligibilité de signal déréverbéré nettement améliorée ainsi qu'une meilleure localisation des sources sonores.
Ainsi par exemple des tests ont montré un accroissement de 10 dB du rapport signal sur réverbération ( « signal-to-reverberant ratio » ou SRR) et une diminution de 5 dB de la distance Cepstrale ( « cepstral distance » ou CD) ce qui correspond respectivement à un gain important de déreverbération et une réduction significative de la distorsion .
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé pour estimer une phase instantanée de signal acoustique déréverbéré, le procédé comprenant les étapes suivantes : (a) on mesure un signal acoustique réverbéré par une propagation dans un milieu, (b) on estime au moins une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré, (c) on calcule au moins une fréquence instantanée de signal déréverbéré à partir de ladite fréquence instantanée lissée du signal acoustique réverbéré, du taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré et d'un facteur d'influence du milieu, ledit facture d'influence étant fonction d'un temps de réverbération dudit milieu, (d) on détermine au moins une phase instantanée de signal déréverbéré en intégrant la fréquence instantanée de signal déréverbéré au cours du temps.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour calculer ladite au moins une fréquence instantanée de signal déréverbéré, on détermine un facteur de correction en multipliant le taux de variation au cours du temps de la fréquence instantanée lissée du signal réverbéré par le facteur d'influence du milieu, en particulier dans lequel on additionne ledit facteur de correction avec ladite fréquence instantanée lissée du signal acoustique réverbéré.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, le facteur d'influence du milieu est donné par :où δ et Tfi sont respectivement un facteur d'amortissement et une durée d'une décroissance exponentielle de la réponse impulsionnelle du milieu.
- 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, on estime le facteur d'amortissement 5 et la durée de la réponse impulsionnelle à partir d'un temps de réverbération mesuré dans le milieu, notamment un temps de réverbération RT^q, par exemple en calculantet Tfi = l.SRTôo .
- 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, pour chaque bande fréquentielle k d'une pluralité de N bandes fréquentielles, on estime une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré dans ladite bande fréquentielle k ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré, on calcule une fréquence instantanée de signal déréverbéré dans ladite bande fréquentielle k à partir de ladite fréquence instantanée lissée du signal acoustique réverbéré, du taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré et du facteur d'influence du milieu, et on détermine une phase instantanée de signal déréverbéré dans ladite bande fréquentielle k en intégrant la fréquence instantanée de signal déréverbéré dans la bande fréquentielle k au cours du temps.
- 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, pour estimer une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré pour chaque bande fréquentielle k de la pluralité de N bandes fréquentielles, on calcule une transformée de Fourier locale discrète du signal acoustique réverbéré en utilisant des fonctions fenêtres w(n) avec n entre 0 et N-1, et pour déterminer la phase instantanée de signal déréverbéré dans chaque bande fréquentielle k de ladite pluralité de N bandes fréquentielles, on intègre la fréquence instantanée de signal déréverbéré au cours du temps en ajoutant un terme de correction fonction des fonctions fenêtres w(n).
- 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, pour estimer une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré pour chaque bande fréquentielle k de la pluralité de N bandes fréquentielles, on applique un algorithme de vocodeur réassigné utilisant une transformée de Fourier locale discrète du signal acoustique réverbéré puis on applique un filtre de lissage temporelle.
- 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au cours d'une étape de calibration, on mesure un signal acoustique de référence réverbéré par une propagation dans le milieu et on détermine le facteur d'influence du milieu à partir dudit signal acoustique de référence, en particulier on détermine un temps de réverbération dudit milieu.
- 9. Procédé pour reconstruire un signal déréverbéré dans lequel, on mesure un signal acoustique réverbéré par une propagation dans un milieu, on détermine un spectre d'amplitude de signal déréverbéré pour une pluralité de N bandes fréquentielles à partir du signal acoustique réverbéré, on estime une phase instantanée de signal déréverbéré pour chaque bande fréquentielle k de ladite pluralité de N bandes fréquentielles au moyen d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, et on reconstruit un signal déréverbéré à partir dudit spectre d'amplitude de signal déréverbéré et desdites phases instantanées de signal déréverbéré.
- 10. Dispositif pour estimer une phase instantanée de signal acoustique déréverbéré, comprenant : (a) des moyens de mesure (2) pour capter au moins un signal acoustique réverbéré par une propagation dans un milieu, (b) des moyens (8) pour estimer au moins une fréquence instantanée lissée du signal réverbéré ainsi qu'un taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré, (c) des moyens (8) pour calculer au moins une fréquence instantanée de signal déréverbéré à partir de ladite fréquence instantanée du signal acoustique réverbéré, du taux de variation au cours du temps de ladite fréquence instantanée lissée du signal réverbéré et d'un facteur d'influence du milieu, ledit facture d'influence étant fonction d'un temps de réverbération dudit milieu, (d) des moyens (8) pour déterminer au moins une phase instantanée de signal déréverbéré en intégrant la fréquence instantanée de signal déréverbéré au cours du temps.
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